Автоматизация проектирования карт раскроя обечаек для изделий химического и нефтегазового машиностроения Меньшиков Павел Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

1 Анализ результатов применения информационных технологий для реше ния задачи раскроя обечаек изделий 15

1.1 Особенности технологической подготовки и производства обечаек изделий 15

1.2 Анализ моделей и методов решения задач раскроя и геометрического покрытия 22

1.3 Цель и задачи работы 40

Выводы по разделу 1 44

2 Методология создания системы автоматизированного проектирования карт раскроя обечаек 46

2.1 Обоснование системного подхода к созданию системы автоматизированного проектирования карт раскроя обечаек 46

2.2 Функциональная модель САПР 55

Выводы по разделу 2 72

3 Математическое обеспечение САПР раскроя обечайки изделия 74

3.1 Математическая модель прямой и обратной задач геометрического покрытия ортогонального полигона с граничными препятствиями 74

3.2 Обобщенный критерий оптимальности 84

3.3 Информационная модель САПР раскроя обечайки 88

Выводы по разделу 3 102

4 Базовые информационные технологии САПР 104

4.1 Модуль препроцессора САПР Stalker ROB 104

4.2 Модуль процессора САПР Stalker ROB 111

4.3 Модуль постпроцессора САПР Stalker ROB 117

Выводы по разделу 4 123

5 Экспериментальные исследования ПО САПР Stalker ROB 125

5.1 Исходные данные для проведения экспериментальных исследований ПО Stalker ROB. 127

5.2 Результаты решения задачи раскроя c помощью ПО САПР Stalker ROB 135

5.3 Анализ результатов экспериментальных исследований 140

Выводы по разделу 5 145

Основные выводы и результаты 146

Список использованных источников

• Анализ моделей и методов решения задач раскроя и геометрического покрытия
• Обоснование системного подхода к созданию системы автоматизированного проектирования карт раскроя обечаек
• Обобщенный критерий оптимальности
• Модуль постпроцессора САПР Stalker ROB

Введение к работе

Актуальность темы. Одними из самых ответственных и дорогостоящих корпусных деталей изделий, выпускаемых предприятиями химического и нефтегазового машиностроения (далее, изделия), являются обечайки. Обечайки изделий имеют значительные габаритные размеры (например: 60600x3200x18 мм). В конструкцию обечайки включаются: группы раскраиваемых и нераскраиваемых секций (например, коническая секция, соединяющая две раскраиваемые секции разных диаметров); фланцы; детали, изготавливаемые из различных видов проката (рисунок 1). Обечайки изготавливаются из дорогостоящих нержавеющих или биметаллических заготовок (листовой прокат), а также вспомогательных материалов (электроды, сварочная проволока, флюс и другие). Анализ существующих бизнес-процессов (БП) проектирования и производства обечайки изделия выявил следующие недостатки: 1) ручная разметка раскроя обечайки на основе 2D-сборочного чертежа изделия; 2) сложность проведения расчтов при многочисленных случаях замены заготовок производственными службами предприятия; 3) невозможность проведения многовариантных расчтов с использованием деловых отходов заготовок и применения обобщнного критерия оптимальности раскроя; 4) формирование печатных форм производственных отчетов вручную; 5) невозможность решения обратной задачи раскроя; 6) высокая вероятность ошибки, приводящей к значительным затратам времени и финансовых ресурсов (исправление брака только на основе переделки или изготовления новой обечайки); 7) высокие требования к квалификации инженера-технолога; 8) отсутствие взаимодействия с интегрированной автоматизированной информационной системой (ИАИС) предприятия.

В большинстве случаев (кроме самых простых изделий) предприятиям на стадиях предварительных расчтов и технологической подготовки позаказного производства необходимо решать актуальную научную задачу автоматизации проектирования карт раскроя обечаек изделий.

Актуальность научной задачи диссертации также подтверждается е поддержкой в следующих проектах: №15-07-00928 (грант РФФИ, 2015-2016 г.г.); №8.313.2014К (Государственное задание Министерства образования и науки РФ на выполнение научно-исследовательской работы, 2014-2016 г.г.).

Целью работы является разработка моделей и методов создания системы автоматизированного проектирования (САПР) карт раскроя обечайки изделия с учетом конструкторских и технологических ограничений.

Для достижения цели потребовалось сформулировать и решить следующие исследовательские задачи:

1. провести анализ задачи раскроя обечайки изделия и е взаимосвязи с задачами раскроя-упаковки и покрытия, а также известных методов и алгоритмов их решения. Исследовать возможность применения вышеуказанных методов и алгоритмов для решения задачи раскроя обечайки изделия;

2. разработать объектно-ориентированную функциональную модель САПР на основе использования результатов реинжиниринга БП технологической подготовки и производства обечайки изделия, а также интеграции этапов функционального моделирования (включая определение структуры САПР) и создания программного обеспечения (ПО) САПР;

3. на основе функциональной модели разработать математическое обеспечение САПР, включающее в себя: математические модели неcтационарных прямой и обратной задач раскроя обечайки изделия и эффективные алгоритмы для их решения; информационную модель САПР. Для оценки результатов решения задачи раскроя обечайки разработать обобщнный критерий оптимальности, учитывающий конструкторские и технологические ограничения;

4. на основе предложенных моделей разработать ПО САПР, практически реализующее в едином информационном пространстве (ЕИП) предприятия решение задачи раскроя обечайки изделия на стадиях предварительных расчтов, технологической подготовки и производства, а также информационную интеграцию с ИАИС Stalker PLM v7.x. Выполнить экспериментальные исследования и практическую апробацию ПО САПР, разработанной на основе предложенных функциональной, математической и информационной моделей.

Объект исследования – модели и методы решения прямой и обратной задач раскроя обечаек изделий. Предметная область исследования – технологическая подготовка производства, заготовительное и сварочное производство обечаек изделий.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы методы системного анализа и проектирования ПО САПР, CASE (Computer Aided Software Engineering)-технологий, аппарат реляционной алгебры, теория множеств, теория алгоритмов, методы объектно-ориентированного программирования, методы функционального и информационного моделирования, теория баз данных, численные эксперименты для оценки эффективности предложенных моделей и методов и ряд других смежных научных дисциплин.

Результаты, выносимые на защиту:

1. новая задача покрытия ортогональной области с граничными препятствиями на основе анализа задачи раскроя обечайки изделия;

2. объектно-ориентированная функциональная модель САПР, разработанная на основе результатов реинжиниринга БП заготовительного и сварочного производства обечайки изделия и формализованного описания этапов жизненного цикла проекта САПР, отличающаяся формулировкой нестационарных прямой и обратной задач раскроя обечайки и метода их решения, полнотой и корректностью описания БП технологической подготовки и производства обечайки изделия, а также интеграцией этапов функционального моделирования (включая определение структуры САПР) и создания ПО САПР;

3. математическое обеспечение САПР, отличающееся формализованным описанием математических моделей прямой и обратной задач раскроя обечайки изделия с нестационарными граничными препятствиями, реализацией нового метода управляемого перебора для их решения, а также новым методом автоматического формирования параметрических трхмерных геометрических моделей расчтных схем и карт раскроя обечайки с применением API (Application Programming Interface)-функций CAD (Computer Aided Design)-систем;

4. обобщнный критерий оптимальности раскроя обечайки изделия, позволяющий произвести количественную оценку полученных результатов расчтов, отличающийся учтом разнородных частных конструкторских и технологических крите-

риев оптимальности на основе использования метода относительного отклонения от идеальной точки.

Научная новизна:

5. классифицирована новая задача покрытия ортогональной области с граничными препятствиями, отличающаяся математическим описанием ограничений на расположение границ покрывающих элементов, без исключения этих ограничений из плана покрытия области;

6. разработана объектно-ориентированная функциональная модель САПР на основе результатов реинжиниринга существующих БП заготовительного и сварочного производства обечайки изделия, отличающаяся тем, что формализовано описывает прямую и обратную задачи раскроя обечайки и метод их решения, взаимодействие БП технологической подготовки и производства обечайки изделия, а также интегрирует этапы функционального моделирования (включая определение структуры САПР) и создания ПО САПР;

7. разработано математическое обеспечение САПР раскроя обечайки изделия. Математическое обеспечение отличается реализацией нового метода управляемого перебора для решения прямой и обратной задач раскроя обечайки изделия на основе определения универсальных ограничений для размещения геометрических объектов, а также новым методом автоматического формирования параметрических трх-мерных геометрических моделей расчтных схем и карт раскроя обечайки изделия с применением API-функций CAD-систем;

8. разработан обобщнный критерий оптимальности раскроя обечайки изделия, позволяющий произвести количественную оценку полученных результатов расчтов, отличающийся учтом разнородных частных конструкторских и технологических критериев оптимальности на основе использования метода относительного отклонения от идеальной точки.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

ПО САПР раскроя обечайки изделия представляет собой законченный программный продукт, позволяющий снизить (на 5-10%) материальные и трудовые затраты для изготовления изделия, а также существенно (на 50-75%) сократить сроки технологической подготовки и освоения производства новых изделий на основе автоматизации: прямой и обратной задач раскроя обечайки изделия с граничными препятствиями на основе обобщнного критерия оптимальности; автоматического формирования параметрических 3D-геометрических моделей расчтной схемы, карты раскроя обечайки изделия с применением API-функций CAD-систем и печатных форм производственных отчетов; прямого и обратного программного интерфейса между САПР Stalker ROB и ИАИС Stalker PLM v7.x предприятия.

Реализация результатов работы. Выполненные разработки внедрены: 1) на
Российском машиностроительном предприятии ОАО «Уралтехнострой-

Туймазыхиммаш» (Республика Башкортостан, г. Туймазы); 2) в учебные процессы кафедры «Мехатронные станочные системы» УГАТУ и кафедры «Системы автоматизации производства» Оренбургского государственного университета. Опытная эксплуатация ПО САПР Stalker ROB осуществляется на следующих машиностроительных предприятиях: АО «Рузхиммаш» (Республика Мордовия, г. Рузаевка), ОАО «Завод Старт» (Курганская область, г. Далматово).

Апробация работы. Основные результаты научных разработок, выполненных автором по теме диссертации, докладывались на международных и российских конференциях (форумах): «Современные тенденции в технологиях металлообработки и конструкциях металлообрабатывающих машин и комплектующих изделий» (Уфа, 2011, 2013, 2015 гг.); «Мавлютовские чтения» (Уфа, 2011 г.); «Зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых» (Уфа, 2011, 2013 гг.); «Компьютерная интеграция производства и ИПИ технологии» (Оренбург, 2011, 2013, 2015 гг.); «Advanced Information Technologies and Scientific Computing» (Самара, 2015 г.); «Инновации. Технологии. Производство» (Рыбинск, 2015 г.); «Информационные технологии. Проблемы и решения: материалы» (Уфа, 2015 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных трудов, в том числе 2 статьи в изданиях, индексируемых в международной реферативной базе данных и системе цитирования Scopus, 2 статьи в центральных рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из перечня основных сокращений и условных обозначений, введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы (98 наименований) и приложения, выполнена на 191 страницах, включает 86 рисунков, 7 таблиц, 31 страницу приложений.

Анализ моделей и методов решения задач раскроя и геометрического покрытия

Основанием для отнесения какой-либо проблемы к классу задач раскроя и упаковки является наличие двух групп объектов - крупных (области), и малых (предметы, элементы). Проблема заключается в установлении соответствия и порядка назначений между наборами предметов и областей.

Вышеуказанные задачи отличаются геометрией области и размещаемых в ней предметов, размерностью, условиями реализации размещения, а также другими дополнительными факторами.

Серым цветом выделены задачи, составляющие объект научного исследования или близкие к нему. Рассматриваемая задача раскроя обечайки относится к задачам генерации двухмерного прямолинейного покрытия ортогональных областей прямоугольниками заданных размеров с учетом граничных препятствий и многокритериальной оптимизацией.

Далее приведен краткий обзор задач одно- и двухмерного размещения. Отдельно представлена модель задачи геометрического покрытия как частный случай прямоугольного размещения, которая в рамках данной работы является основной.

Одномерные задачи раскроя и упаковки. Одномерные задачи -наиболее часто встречающаяся категория проблем С&Р. Это обусловлено в том числе и тем, что, вводя дополнительные ограничения для двух- и трехмерных задач размещения, в некоторых случаях становится возможным разложить их на несколько связанных между собой одномерных, существенно снижая таким образом их сложность. Среди одномерных задач можно выделить следующие: - задача загрузки рюкзака (Knapsack Packing, КР). Для заданного множества = {1,2, …,} элементов известны вместимость рюкзака Ь; размеры +, имеющие смысл веса или длины элемента; величины + (ценность, оценка элемента). Требуется найти набор элементов максимальной суммарной ценности, вмещающихся в рюкзак. Для решения этой задачи известен псевдо-полиномиальный алгоритм [23]; - задача одномерного раскроя (1 Dimensional Cutting Stock, 1DCS). Материалом для раскроя на заготовки заданных размеров выступает набор одинаковых стержней (полос). Требуется раскроить стержни (полосы) на заготовки с наименьшими затратами материала. Если считать, что все варианты раскроев известны, то 1DCS является задачей линейного целочисленного программирования. Однако количество п различных вариантов раскроя очень велико. Именно в такой постановке 1DCS рассматривалась в ранних работах Л.В. Канторовича, В.А. Залгаллера [10, 11] и P. Gilmore, R. Gomory [14]; - задача одномерной упаковки (1 Dimensional Bin Packing, 1DBP) является частным случаем задачи линейного раскроя, когда каждая заготовка требуется в единственном экземпляре. Н. Гэри и Д. Джонсон показали, что она принадлежит к классу NP-трудных задач [17].

К задачам раскроя и упаковки более высокой сложности относятся задачи с двухмерными областями и предметами. Задачи прямоугольной упаковки. В качестве основной принято рассматривать следующую задачу упаковки {Packing Problem, PP)\ имеются малые элементы (предметы), которые необходимо разместить внутри больших объектов без взаимного перекрытия так, чтобы заданная целевая функция достигла минимума (максимума).

В категории «задач раскроя и упаковки» содержится множество прикладных задач, которые изучаются с давних пор (например, задача о максимально плотной упаковке пушечных ядер, которую в XVII в. решал Кеплер). Большая часть таких задач являются NP-трудными комбинаторными проблемами и для них не известны точные методы их решения, обладающие полиномиальной сложностью. К задачам этой категории относятся: - задача упаковки прямоугольников в полосу (2 Dimensional Strip Packing Problem, 2DSP). Один из размеров полосы (ширина W) задан, второй (длина L) является переменным. Требуется найти упаковку в полосу минимальной длины. A. Hinxman предложил именовать эту задачу 1.5DBP [24]; - задача упаковки прямоугольников в контейнеры (2 Dimensional Bin Packing Problem, 2DBP). Оба размера, ширина W и длина L заданы. Требуется найти минимальное количество контейнеров, в которые возможно упаковать все малые прямоугольные элементы (предметы);

- задача упаковки прямоугольников в открытую область (квадрант) (2 Dimensional Area Packing Problem, 2DAP). Оба размера, ширина W и длина L являются для прямоугольной области размещения переменными. Требуется найти такую упаковку элементов в угол области, для которой площадь описывающего элементы прямоугольника достигает минимума. На рис. 1.4 изображены допустимая и недопустимая прямоугольные упаковки.

Задачи гильотинного раскроя. Часто встречается задача гильотинного раскроя (2 Dimensional Guillotine Cutting Stock, 2DGCS), когда возможными являются только сквозные резы, параллельные кромкам материала (см. рис. 1.5) [25].

Обоснование системного подхода к созданию системы автоматизированного проектирования карт раскроя обечаек

Сущности САПР, их отношения и взаимосвязь являются предметом диаграммы классов (Class Diagram) ФМ САПР, показанной на рисунке 2.14. Классы являются описанием формата данных, с помощью которых можно полностью определить набор уникальных объектов (сущность), принадлежащих данному классу (типу сущности). Между классами, в рамках парадигмы объектно-ориентированного функционального моделирования, возможны взаимоотношения инкапсуляции (включенности) и наследования [79].

В первом случае формулировка «класс А включен в класс Б» означает, что класс А является частью класса Б, не скрывая никаких его свойств и не меняя его поведение. Примером включенности может служить описание топологии структуры изделия.

В случае наследования, формулировка «класс А унаследован от класса Б» означает, что класс А содержит все свойства класса Б, однако он может переопределять любые свойства класса Б, а также добавлять новые свойства, не меняя при этом описания класса Б. Наследование также подразумевает выполнение принципа полиморфизма – класс-наследник может выполнять роль класса-родителя во всех случаях, когда имеется обращение к свойству или функции родительского класса. С помощью полиморфизма становится возможным, например, объединять разные классы (но с общим родителем) в единую структуру данных (массив или список).

Отношения включенности показаны на диаграмме классов ФМ САПР при помощи стрелок с ромбовидным наконечником, а отношения наследования – стрелками с треугольным наконечником.

Классы разделены по принадлежности к предложенным модулям САПР раскроя обечайки (см. рисунок 2.2): препроцессор, процессор и постпроцессор [80].

Основным классом препроцессора является «Расчетная схема» (CourseMap), которая включает следующий список классов (рисунок 2.14): «Секция» (BodySection) и «Объекты карты» (CourseObject). «Объект карты» представляет собой абстрактный класс, от которого наследуются классы геометрических объектов по их типу: «Штуцер» (Union), «Опора» (Footing) и другие. Классы «Секция» и «Объекты карты» создают класс «Базовые поверхность» (BasingSurface), по которым осуществляется базирование геометрических объектов в расчётной схеме обечайки.

Диаграмма классов ФМ САПР раскроя обечайки Класс «Расчетная схема» используется в модуле процессора при расчете развертки обечайки (класс «Развертка», CutView), при этом технологические ограничения на расположение корпусных сварных швов, создаваемые геометрическими объектами и границами секций, преобразуются в наборы граничных препятствий (класс «Граничное препятствие», EdgeRestriction) [81]. Основным классом в процессоре САПР является «Менеджер раскроя» (NestingManager), в который включены классы «Развертка», «Технологические параметры» раскроя (NestingSettings), «Заготовка» (Blank). Эти классы используются для решения задачи раскроя обечайки изделия. Класс «Алгоритм раскроя» (NestingAlgorithm) использует данные из класса «Менеджер раскроя» в соответствии с настройками класса «Настройка алгоритма» {AlgorithmSettings) для формирования вариантов раскроя (класс «Вариант раскроя», NestingVanant) на каждой итерации разработанного алгоритма расчёта. К варианту раскроя также относятся генерируемые для каждого варианта узловые точки (класс «Узловые точки», NodePoint), а для оценки полученного решения используется обобщенный критерий оптимальности (класс «Обобщенный критерий оптимальности», OptCriteria).

После завершения работы алгоритма, завершенные варианты раскроя (класс «Решение задачи раскроя», FmishedNestingVariant) передаются в модуль постпроцессора САПР.

В модуле препроцессора варианты раскроя обечайки использует абстрактный класс представления результатов (класс «Представление результатов», ResultBase), от которого наследуются классы, выдающие результаты раскроя в следующих видах: - 2D карты раскроя (класс «2D карта покрытия», CutViewResult); - 3D модели карты раскроя (класс «3D модель карты раскроя», Ех-portTo3DResult); - печатных форм производственных отчетов (класс «Производственный отчёт», ReportResult). В состав разработанной ФМ САПР включена диаграмма компонентов, иллюстрирующая составные части САПР (модули), их взаимосвязи между собой и с внешними объектами (рисунок 2.15). На этой диаграмме ФМ САПР показаны три модуля – препроцессор, процессор и постпроцессор, и составляющие их модули (формы пользовательского интерфейса). Формы связаны между собой (это значит, что из одной формы вызывается другая), а также с внешними объектами посредством интерфейсов.

Диаграмма компонентов ФМ САПР раскроя обечайки САПР поддерживает связи по управлению и данным с двумя внешними объектами: ИАИС предприятия, (например, для загрузки данных о заготовках на складах предприятия [1]); CAD-системой, с целью использования ее API-функций для автоматического построения различных видов расчетных схем и карт раскроя [82].

Необходимо отметить, что предусмотрена возможность построения 3D-геометрических моделей расчетной схемы и карты раскроя обечайки c помощью бесплатной кроссплатформенной графической библиотеки OpenGL (без использования API-функций CAD-систем) [83]. Реализация такой возможности позволяет обойтись без использования дорогостоящих лицензий для CAD-систем, а также отображать графические виды результатов работы САПР не только на персональных ЭВМ пользователя, но и на планшетных компьютерах инженеров и рабочих под управлением мобильных операционных Android, iOS или Windows.

Обобщенный критерий оптимальности

Модуль препроцессора САПР Stalker ROB предназначен для создания исходной расчетной схемы обечайки изделия. Расчетная схема обечайки может быть получена двумя методами ввода наборов данных на основе: 1) программного импорта наборов данных из конструкторской документации, разработанной в CAD-системе, с установленными ассоциативными связями между чертежами и спецификациями; 2) автоматизированного проектирования расчетной схемы в препроцессоре САПР Stalker ROB.

В качестве примере рассмотрим ввод наборов данных расчетной схемы изделия - многосекционный колонный аппарат (сборочный чертеж этого аппарата приведен рисунке 1.2).

Ввод расчетной схемы начинается с ввода параметров корпуса (обечайки) – количества и геометрических параметров секций (длина, диаметр, толщина стенок, форма). Для выполнения этой задачи в модуле препроцессора предусмотрена специальная форма «Новый корпус» (рисунок 4.2).

Как было отмечено в разделе 1.2, в работах, посвященных теоретическим методам решения задач раскроя и упаковки, применялись упрощённые расчётные схемы объектов раскроя.

Однако опыт, накопленный в области разработки и внедрения на предприятии ПО САПР Stalker ROB, показал, что качество и полнота графического представления расчётной схемы сложного объекта (обечайка изделия) для контроля Пользователем правильности ввода ее данных, имеет такое же существенное значение, как быстродействие расчётов и оптимальность полученного решения. Ошибки в расчётной схеме обечайки могут привести к существенным недочётам в расчётах, к появлению брака в заготовительном и сварочном производствах и, как следствие, существенному снижению рентабельности изготовления изделия.

В связи с этим, в препроцессоре САПР Stalker ROB были разработаны функции создания геометрической модели расчётной схемы обечайки с применением библиотеки графических параметрических элементов (используется две проекции расчётной схемы). Разработанный модуль препроцессора САПР Stalker ROB отвечает следующим требованиям: 1) ввод параметров и объектов расчётной схемы обечайки должен производиться в системе координат и единицах измерения конструкторской документации для изделия; 2) поддерживаются все виды базирования объектов, принятые в конструкторской документации: базирование от уровня земли, от границы секции, использование цепочек размеров и т.п.; 3) каждый тип объекта чертежа, например, штуцер, фланец, люк, накладки (см. рисунок 1.2), оказывающий влияние на результаты расчётов, должен иметь соответствующий ему класс объекта расчетной схемы (см. рисунок 3.14); 4) обеспечивать как численный, так и визуальный контроль введенной расчетной схемы обечайки; 5) отображение расчетной карты обечайки в препроцессоре должно соответствовать соответствующим данным конструкторской документации; 6) для задания исходных параметров расчётной схемы обечайки должны использоваться только те данные, которые доступны пользователю из конструкторской и технологической документации.

Следует отметить, что в конструкторской документации угловое расположение ДСЕ на главном виде задается условно, с целью избежать скопления однотипных элементов чертежа в одном месте. Реальное расположение штуцеров и люков при этом показано на виде сверху. В разработанном ПО САПР расположение ДСЕ на главном виде соответствует их координатам.

Требования (3)-(5) связаны с облегчением визуального обнаружения ошибок пользователя на этапе составления расчетной схемы обечайки в пре 107 процессоре САПР, а также проверки правильности изготовления изделия в заготовительном и сварочном производстве предприятия. Даже если объекты расчётной схемы обечайки одинаковы с точки зрения алгоритма расчета раскроя обечаек, они должны обладать уникальными визуальными характеристиками, позволяющие установить их ассоциативную связь с объектами первичной документации (конструкторский чертеж).

Требование (6) подразумевает, что получение наборов справочных данных или промежуточных результатов расчётов должно быть реализовано в автоматическом режиме и скрыто от пользователя. Для реализации этого требования в модуле препроцессора используется автоматические функции, например, выбор: диаметра штуцера или люка по позиции объекта на чертеже (рисунок 4.4 а); катетов сварных швов по номеру шва (рисунок 4.4 б).

Для повышения эффективности создания расчётной схемы обечайки в модуле препроцессора САПР Stalker ROB реализованы следующие функции: копирование, редактирование свойств, пакетное создание однотипных объектов (например, тарелок фильтров или накладок).

Тарелки фильтров делятся на группы, в пределах одной группы параметры тарелок не отличаются, а их расположение задается простой размерной закономерностью. Это позволяет объединить тарелки одного типа в один объект, свойствами которого являются, например, шаг между двумя тарелками, угловой шаг (поворот каждой тарелки относительно предыдущей) и количество тарелок (см. описание класса «Тарелки», приведенное на рисунке 3.15).

Модуль постпроцессора САПР Stalker ROB

Этот показатель описывает сложность нахождения оптимального варианта раскроя обечайки. Чем больший процент площади развертки обечайки занят граничными препятствиями, тем меньше вероятность получения варианта раскроя без отходов и раскроя исходных заготовок. Показатель является характеристикой минимально возможного критерия оптимальности полученного решения. При низком значении этого показателя, квалифицированному инженеру, занимающемуся решением задачи раскроя вручную, достаточно легко найти наилучший (оптимальный) вариант решения, в свою очередь, решение, найденное с помощью ПО САПР Stalker ROB, отличаться от него будет незначительно. В данном случае главное, чтобы решение, полученное с помощью ПО САПР Stalker ROB, было не хуже варианта, полученного вручную. Если же данный показатель имеет высокое значение, предполагается, что ПО САПР Stalker ROB может формировать варианты раскроя лучше, чем квалифицированный инженер, проводящий раскрой вручную. Данный коэффициент может принимать значения больше 1, так как зоны граничных препятствий могут перекрываться.

Таким образом, в диссертационной работе предложены комплексные показатели для количественной оценки экспериментальных исследований.

Исходными данными для проведения экспериментальных исследований являлась конструкторская и технологическая документация для изделий, запускаемых в производство. На основе этих данных осуществлялось определение расчётной схемы обечайки, а уже на ее основе, автоматически формировалась твердотельная трехмерная модель вышеуказанной схемы с помощью API-функций CAD-системы [95].

Описание: изделие из группы горизонтальных теплообменных аппаратов. Теплообменные аппараты имеют повышенные требования к качеству корпусных сварных швов и изготавливаются из дорогостоящих биметаллических заготовок, при этом в их конструкцию входит большое количество штуцеров разных диаметров, с усилительными кольцами и без, создающих большое количество граничных препятствий на размещение кольцевых сварных швов. Рациональный раскрой обечайки такого аппарата является сложным даже для опытного инженера-технолога, что отражается на затратах времени и на оптимальности полученного решения.

Описание: изделие из группы колонных аппаратов. По сложности раскроя не сильно отличается от горизонтального аппарата, приведенного в п. 1. Расчетная схема значительно сложнее из-за присутствия 9 тарелок фильтров, обладающих различной конструкцией, создающей граничные препятствия на расположение кольцевых и продольных сварных швов вокруг каждой тарелки, размеры которых зависят от множества конструктивных параметров. Значительные затраты времени на решение задачи раскроя ручным методом и поиск оптимального решения.

Описание: изделие из группы колонных аппаратов. Этот аппарат, обладает значительными габаритными размерами (более 30000 мм в высоту с учетом днищ и опор), большим количеством ДСЕ, в том числе 54 тарелками фильтров различных типов. Это приводит к высокому показателю сложности расчетной схемы. ДСЕ размещены по всей поверхности аппарата и не создают больших по площади граничных препятствий, что приводит к относительно невысокому значению показателю сложности раскроя.

Габаритные размеры: 1 секция, 19600х1600х8 мм, разделенная монтажным швом на высоте 5600мм от нижнего края обечайки; Количество ДСЕ: 50, включая 37 тарелок фильтров; Исходные материалы: Лист 09Г2С, 8000х2000х8 мм; Сложность расчетной схемы: 3,3; Сложность раскроя: 0,54;

Описание: изделие из группы колонных аппаратов. Этот аппарат обладает одной особенностью – в конструкцию обечайки входит монтажный шов, что с точки зрения конструкторских и технологических ограничений задачи раскроя аналогично наличию двух секций у этого аппарата. Этим объясняется большее значение параметра сложности расчетной схемы изделия.

Описание: изделие из группы колонных аппаратов. Эти аппараты имеют средние для такого класса изделий габаритные размеры и количество ДСЕ. Такие аппараты постоянно входят в производственный план предприятий, поэтому результаты экспериментальных исследований этих аппаратов являются наиболее репрезентативными.

Описание: изделие из группы колонных аппаратов. Эти аппараты имеют средние для такого класса изделий габаритные размеры и количество ДСЕ. Такие аппараты постоянно входят в производственный план предприятий, поэтому результаты экспериментальных исследований этих аппаратов являются наиболее репрезентативными.

Описание: изделие из группы колонных аппаратов. Эти аппараты имеют средние для такого класса изделий габаритные размеры и количество ДСЕ. Такие аппараты постоянно входят в производственный план предприятий, поэтому результаты экспериментальных исследований этих аппаратов являются наиболее репрезентативными. нераскраиваемые: коническую и цилиндрическую шириной 700мм, делящую нижнюю секцию обечайки на две части. Верхняя часть обечайки аппарата изготавливается из других заготовок, так как она отличается толщиной (12 мм против 14 мм у нижней части). В конструкцию аппарата входит значительное количество ДСЕ, включая 27 тарелок фильтров разных типов, их плотное расположение и большая площадь образуемых ими граничных препятствий, обуславливают высокое значение показателя сложности раскроя. Рациональный раскрой обечайки такого аппарата является сложной задачей даже для квалифицированного инженера-технолога.